兩翼自動旋轉(zhuǎn)門設(shè)計(jì)【含CAD圖紙】

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This paper discusses the design process of the two wings automatic revolving door, it include the detailed analysis and design about gate body structure、drive system、transmission system、control system and testing security system of the two wings automatic revolving door.It proposed that the door frame is composed of glass and aluminum framework,the revolving door body is made of rotary-wing and smoothing door by flat steel fixed together, is connect to six passive wheels with the hanging brackets which hang on the door crown circular orbit.The three-phase asynchronous motor drive the revolving door body to ralate on the door crown circular orbit through a reducer and gears transmission;PLC is responsible for the task of controller and the function of rotational speed is rely on the VVF. The flow of personnel passing in and out of the revolution door is checked by the infrared ray sensor, the safety of people are ensured by a number of contact and non-contact sensors and photoelectric proximity switches.On the end, have designed a kind of function practical、safety dependablely revolving door. Key words Two wings automatic revolving door, gate body, programmable logic controller, sensor 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目 錄 1 目 錄 摘 要 . ABSTRACT.II 1 緒論 .1 1.1 旋轉(zhuǎn)門的發(fā)展概況.1 1.2 旋轉(zhuǎn)門作為出入口設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn).1 1.3 旋轉(zhuǎn)門的發(fā)展趨勢.2 1.4 旋轉(zhuǎn)門研究的必要性.2 2 方案設(shè)計(jì) .3 2.1 方案擬定 .3 2.1.1 兩翼自動旋轉(zhuǎn)門設(shè)計(jì)方案一 .3 2.1.2 兩翼自動旋轉(zhuǎn)門設(shè)計(jì)方案二 .4 2.2 方案選擇 .5 2.2.1 方案比較 .5 2.2.2 確定方 案 .5 3 門體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .6 3.1 門體的總體設(shè)計(jì) .6 3.1.1 門體構(gòu)成 .6 3.1.2 門體規(guī)格 .6 3.2 旋轉(zhuǎn)門體部分設(shè)計(jì) .7 3.2.1 確定旋轉(zhuǎn)門體材料 .7 3.2.2 確定旋轉(zhuǎn)門體相關(guān)尺寸 .8 3.3 曲壁設(shè)計(jì) .13 3.3.1 曲壁的總體設(shè)計(jì) .13 3.3.2 確定曲壁材料 .13 3.3.3 確定材料尺寸 .14 3.4 旋轉(zhuǎn)門體 加強(qiáng)連 接設(shè)計(jì) .15 3.4.1 加強(qiáng)型鋼的總體設(shè)計(jì) .15 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目 錄 2 3.4.2 加強(qiáng)型鋼材料選擇及尺寸計(jì)算 .15 3.5 華蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .16 3.5.1 華蓋的總體設(shè)計(jì) .16 3.5.2 華蓋材料選擇 .17 3.5.3 華蓋材料尺寸確定 .17 4 驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計(jì) .19 4.1 驅(qū)動系 統(tǒng)總體設(shè)計(jì) .19 4.2 減速機(jī)的選擇 .19 4.2.1 旋轉(zhuǎn)門體的慣性力矩計(jì)算 .19 4.2.2 旋轉(zhuǎn)門體的摩擦力矩計(jì) 算 .22 4.2.3 選擇減速機(jī) .22 5 傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì) .24 5.1 傳動齒輪齒圈設(shè)計(jì) .24 5.1.1 齒輪齒圈設(shè)計(jì)前述 .24 5.1.2 齒輪齒圈參數(shù)設(shè)計(jì) .24 5.2 承重滾輪及其軌道設(shè)計(jì) .28 5.2.1 選擇滾輪 .28 5.2.2 軌道設(shè)計(jì) .29 5.3 齒圈連接轉(zhuǎn)盤支架的螺栓設(shè)計(jì) .32 5.3.1 螺栓直徑設(shè)計(jì) .32 5.3.2 齒圈結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) .33 5.4 轉(zhuǎn)盤支架設(shè)計(jì) .34 5.5 門體吊架設(shè)計(jì) .35 5.5.1 吊架處連接螺栓的直徑設(shè)計(jì) .35 5.5.2 吊架的尺寸設(shè)計(jì) .36 6 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) .37 6.1 控制系統(tǒng)的控制過程及其控制功能 .37 6.1.1 控制系統(tǒng)的控制過 程分析 .37 6.1.2 控制系統(tǒng)的控制功能分析 .37 6.2 控制系統(tǒng)的選擇 .37 6.3 變頻器的選擇 .38 6.3.1 變頻器的容量計(jì)算 .38 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目 錄 3 6.3.2 指定變頻器減速時(shí)間 .38 6.3.3 變頻器的頻率設(shè)定 .40 6.4 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) .41 6.4.1 PLC 的機(jī)型選擇 .41 6.4.2 PLC 外接電氣元件的選擇 .42 6.4.3 輸入輸出口的保護(hù)及分配 .43 6.4.4 PLC 的外部接線圖 .45 6.5 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) .45 6.5.1 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的要求分析 .45 6.5.2 PLC 程序設(shè)計(jì) .47 7 檢測安全系統(tǒng)設(shè)計(jì) .60 7.1 檢測安全系統(tǒng)的 總體設(shè)計(jì) .60 7.2 檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) .60 7.2.1 檢測系統(tǒng)的要求 .60 7.2.2 檢測傳感器的選擇 .60 7.2.3 檢測傳感器的安裝 .60 7.3 安全系統(tǒng)設(shè)計(jì) .61 7.3.1 安全系統(tǒng)的要求 .61 7.3.2 安全傳感器的選擇 .61 7.3.3 安全接近開關(guān) 的安裝 .63 結(jié)論 .65 參考文獻(xiàn) .66 附錄 A：西門子 PLC S7-200CPU226 的性能參數(shù) .68 附錄 B：PLC 硬件接線圖 .71 附錄 C：電氣接線圖 .72 致 謝 .73 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目 錄 4 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒論 1 1 緒論 1.1旋轉(zhuǎn)門的發(fā)展概況 旋轉(zhuǎn)門起源于荷蘭，至今已有一百年的歷史，在這段時(shí)間內(nèi)，從以前意義的 轉(zhuǎn)門到今天的全自動旋轉(zhuǎn)門，旋轉(zhuǎn)門經(jīng)歷了一個(gè)漫長的發(fā)展歷史。其種類較多， 按控制方式可分為全自動旋轉(zhuǎn)門、半自動旋轉(zhuǎn)門和手動旋轉(zhuǎn)門；按旋轉(zhuǎn)翼結(jié)構(gòu)方 式可分為兩翼旋轉(zhuǎn)門、三翼旋轉(zhuǎn)門和四翼旋轉(zhuǎn)門；按結(jié)構(gòu)材料可分為金屬框架旋 轉(zhuǎn)門、水晶旋轉(zhuǎn)門（全玻璃旋轉(zhuǎn)門）和木旋轉(zhuǎn)門。 國外自動旋轉(zhuǎn)門發(fā)展較早，其技術(shù)也較為成熟。自動旋轉(zhuǎn)門的傳動系統(tǒng)技術(shù) 具有節(jié)能、低噪聲、傳動平穩(wěn)、壽命長、性能可靠等優(yōu)點(diǎn)；控制系統(tǒng)采用數(shù)字化 設(shè)計(jì)的系統(tǒng)作為控制中樞，有功能更強(qiáng)大，操作更簡便等優(yōu)點(diǎn)；檢測安全系統(tǒng)采 用先進(jìn)的紅外與微波感應(yīng)技術(shù)，用于感知物體的移動，操縱門體的動行，使用各 種安全檢測傳感器，實(shí)現(xiàn)防擠、防夾和防撞功能。與此同時(shí)某些廠家生產(chǎn)的自動 旋轉(zhuǎn)門還具有遠(yuǎn)程控制和液晶顯示功能。 新中國成立以來，特別是改革開放以后，旋轉(zhuǎn)門也大量的出現(xiàn)在我國的各種 公共和高檔場合。但由于我國特殊的國情，使得旋轉(zhuǎn)門技術(shù)起步較晚，且其發(fā)展 受到一定的限制。因此，我國在自動旋轉(zhuǎn)門的傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和檢測安全系 統(tǒng)上離國外還有一定的差距。 1.2旋轉(zhuǎn)門作為出入口設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn) 而自動旋轉(zhuǎn)門作為出入口設(shè)計(jì)，其最大的優(yōu)點(diǎn)在于它對于人員來說，門總 可以打開，可對于建筑物來說門又總是關(guān)著。同時(shí)，自動旋轉(zhuǎn)門能減少公共場合 人們對門體的接觸，能有效的防止了細(xì)菌的傳播；增強(qiáng)門口的抗風(fēng)能力，消除了 風(fēng)口效應(yīng)，減少了能源損耗，有效的阻擋了灰塵，噪音和廢氣的進(jìn)入。它還有多 重安全保護(hù)措施，通過安裝多部接觸式和非接觸式傳感器及獨(dú)特的安全開關(guān)，確 保通行者的安全。門體采用鋁合金框架組裝、可拆式結(jié)構(gòu)，分成幾個(gè)獨(dú)立的部分， 易于安裝，運(yùn)輸方便。門的進(jìn)出口和旋轉(zhuǎn)部分都裝有傳感器，高靈敏度的系統(tǒng)保 證了大門能即時(shí)開啟和對速度的隨時(shí)調(diào)整，保證了通過者最大程度的行走安全。 兩翼自動旋轉(zhuǎn)門又是在傳統(tǒng)的自動旋轉(zhuǎn)門基礎(chǔ)發(fā)展起來的。如想擴(kuò)大旋轉(zhuǎn)門 門扇之間的距離，增加旋轉(zhuǎn)門人員流量，就想到把旋轉(zhuǎn)門的門扇數(shù)量減為兩個(gè)， 這就是兩翼自動旋轉(zhuǎn)門的獨(dú)特之處-大的通行能力設(shè)計(jì)。同時(shí)，設(shè)計(jì)展箱和中 間平滑門，其展箱具有裝飾和展示功能；中間平滑門能在斷電和意外情況下，能 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒論 2 將其轉(zhuǎn)停至安全疏散位置，這時(shí)平滑門打開，形成一個(gè)寬敞的疏散(緊急)通道。 1.3旋轉(zhuǎn)門的發(fā)展趨勢 自動旋轉(zhuǎn)門雖然已出現(xiàn)多年，但的技術(shù)發(fā)展仍在不斷完善和提高。其發(fā)展趨 勢主要有以下幾個(gè)：獨(dú)特新穎的總體設(shè)計(jì)，高度的安全可靠性設(shè)計(jì)，多種運(yùn)轉(zhuǎn)使 用方式設(shè)計(jì)，故障即時(shí)顯示功能設(shè)計(jì)，樓宇消防智能化控制設(shè)計(jì)，停電使用功能 設(shè)計(jì)，大通行能力設(shè)計(jì)，精巧靈敏的遙控控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，先進(jìn)的驅(qū)動控制系統(tǒng)設(shè) 計(jì)。同時(shí)，自動旋轉(zhuǎn)門還能利用先進(jìn)的通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使自動門的維護(hù)不再受 時(shí)間、地域和專業(yè)維護(hù)技術(shù)的限制，制造商可通過 internet 與設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)交流， 校正偏差，讓自動門達(dá)到最佳運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)出現(xiàn)異常時(shí)，可準(zhǔn)確傳回故障信息， 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程維護(hù)，縮短維護(hù)、保養(yǎng)時(shí)間；采用液晶顯示屏，進(jìn)行可視化設(shè)計(jì)，全面 顯示門體轉(zhuǎn)速、狀態(tài)和故障等信息。 1.4旋轉(zhuǎn)門研究的必要性 由于國外自動旋轉(zhuǎn)門發(fā)展較早，無論是驅(qū)動技術(shù)還是控制技術(shù)都較為成熟。 而我國旋轉(zhuǎn)門技術(shù)的發(fā)展起步較晚，其全自動旋轉(zhuǎn)門技術(shù)來源于荷蘭、瑞典、 日 本等國。到目前為止，我國的自動旋轉(zhuǎn)門的技術(shù)水平離國外還有一定差距，特別 是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和驅(qū)動控制系統(tǒng)上。我國設(shè)計(jì)的自動旋轉(zhuǎn)門的安全性能低，運(yùn)行噪 音大，壽命短，所以，仍需設(shè)計(jì)人員的不斷努力，才有希望趕超國外自動旋轉(zhuǎn)門 的技術(shù)水平。因此，對自動旋轉(zhuǎn)門的研究是十分有必要的。 隨著我國國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定地增長，人民生活水平的不斷提高，人們對生活 環(huán)境的要求也越來越高。而創(chuàng)造美好生活環(huán)境又必定成為裝飾業(yè)發(fā)展的巨大動力。 在現(xiàn)代城市建筑物裝飾裝修中，人們對門的選擇已由單一的功用型向個(gè)性化、品 位化發(fā)展，而將高科技應(yīng)用到建筑物的外觀形象上，使城市建筑的入口體現(xiàn)出智 能化也是必然的趨勢。此時(shí)，兩翼自動旋轉(zhuǎn)門以其全新的概念，寬敞開放的門面、 高格調(diào)和智能化的設(shè)計(jì)，自然成為現(xiàn)代化樓宇建筑的入口裝飾的主流，無可質(zhì)疑 的必選設(shè)施。這也堪稱建筑物的點(diǎn)睛之筆。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 方案設(shè) 計(jì) 3 2 方案設(shè)計(jì) 2.1方案擬定 兩翼自動旋轉(zhuǎn)門的主體結(jié)構(gòu)由門體結(jié)構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、控制系 統(tǒng)和檢測安全系統(tǒng)五大部分構(gòu)成，根據(jù)對這五大部分作出分析后擬定以下兩 個(gè)兩翼旋轉(zhuǎn)門的設(shè)計(jì)方案。 2.1.1 兩翼自動旋轉(zhuǎn)門設(shè)計(jì)方案一 方案一：主要是根據(jù)傳統(tǒng)意義的自動旋轉(zhuǎn)門來進(jìn)行設(shè)計(jì)，其主要是采用中軸 來支撐和安裝整個(gè)旋轉(zhuǎn)門體，并用中軸上固定齒輪的方式來進(jìn)行傳動，最終使旋 轉(zhuǎn)門體繞著中軸旋轉(zhuǎn)。其具體方案如下： 門體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 門體結(jié)構(gòu)分為固定部分和旋轉(zhuǎn)部分的設(shè)計(jì)，均由鋁型材框架和玻璃等組成。 旋轉(zhuǎn)門體采用中軸上安裝兩個(gè)旋轉(zhuǎn)扇翼，旋轉(zhuǎn)扇翼由一扇普通門體和一扇圓弧門 體構(gòu)成，這樣來實(shí)現(xiàn)建筑屋內(nèi)和屋外的任何位置的隔離。門扉一般采用高強(qiáng)度鋁 合金型材，結(jié)構(gòu)簡潔，精密牢固。同時(shí)每扉門三面安裝密封毛條與地面天花及曲 壁緊密接觸，使門扉在任何位置均處于密閉狀態(tài)；門扉玻璃采用（3+3）夾膠玻 璃或 6mm 厚鋼化玻璃，曲壁玻璃一般采用（4+4）夾膠玻璃或 12mm 厚的鋼化玻璃。 驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計(jì) 由于兩扇門翼距離較大且?guī)в袃缮葓A弧門，使得需要的驅(qū)動力矩就較大，那 么采用兩臺三相異步電機(jī)對稱布置來完成驅(qū)動。 傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì) 傳動系統(tǒng)主要是完成降速和力的傳動，根據(jù)要求可采用兩臺異步電機(jī)輸出軸 分別接一臺減速器，然后又通過一對齒輪嚙合來把動力傳遞給門體的中軸，使得 中軸帶動固定在上面的旋轉(zhuǎn)門體轉(zhuǎn)動。從而實(shí)現(xiàn)從動力裝置到執(zhí)行裝置動力的傳 遞過程。 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)采用目前小型控制中較為常用的單片機(jī)控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，同時(shí)由變 頻器完成調(diào)速控制功能，再加上一些功能開關(guān)來完成兩翼自動旋轉(zhuǎn)門的整個(gè)控制 要求。 檢測安全系統(tǒng)設(shè)計(jì) 檢測安全系統(tǒng)是關(guān)系到整個(gè)兩翼旋轉(zhuǎn)門能否健康安全運(yùn)行的關(guān)鍵一步，主要 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 方案設(shè) 計(jì) 4 采用紅外線傳感器來實(shí)現(xiàn)人流的檢測，采用各種接觸式和非接觸式傳感器以及多 個(gè)接近開關(guān)來實(shí)現(xiàn)兩翼旋轉(zhuǎn)門運(yùn)行過程中各個(gè)危險(xiǎn)位置和危險(xiǎn)情況的檢測，最終 實(shí)現(xiàn)兩翼自動門的安全運(yùn)行。 2.1.2 兩翼自動旋轉(zhuǎn)門設(shè)計(jì)方案二 方案二：主要是在傳統(tǒng)意義的自動旋轉(zhuǎn)門基礎(chǔ)上來進(jìn)行改造設(shè)計(jì)的，其主要 是采用圓周導(dǎo)軌懸掛整個(gè)旋轉(zhuǎn)門體，并用懸掛門體上部轉(zhuǎn)盤的方式來進(jìn)行傳動， 最終使旋轉(zhuǎn)門體繞著門冠的圓形軌道旋轉(zhuǎn)。其具體方案如下： 門體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 門體結(jié)構(gòu)分為固定部分和旋轉(zhuǎn)部分的設(shè)計(jì)，均由鋁型材框架和玻璃等組成。 旋轉(zhuǎn)門體采用中間平滑門加兩扇圓弧門構(gòu)成，同時(shí)，平滑門、圓弧門和一扇普通 門在旋轉(zhuǎn)門體的兩邊構(gòu)成一個(gè)旋轉(zhuǎn)展臺，這個(gè)展臺即成了旋轉(zhuǎn)扇翼，又能放置展 物。這樣不僅能形成一種美好的氛圍，還能較為完美的實(shí)現(xiàn)建筑屋內(nèi)和屋外的任 何位置的隔離。門扉一般采用高強(qiáng)度鋁合金型材，結(jié)構(gòu)簡潔，精密牢固。同時(shí)每 扉門三面安裝密封毛條與地面天花及曲壁緊密接觸，使門扉在任何位置均處于密 閉狀態(tài)；門扉玻璃采用（3+3）夾膠玻璃或 6mm 厚鋼化玻璃，曲壁玻璃一般采用 （4+4）夾膠玻璃或 12mm 厚的鋼化玻璃。 驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計(jì) 由于門體懸掛在圓形軌道上，那么受到的摩擦力矩較??；同時(shí)又使用了較大 的轉(zhuǎn)盤來傳動，使得較小的驅(qū)動力就能產(chǎn)生較大的力矩。那么采用一臺三相異步 電機(jī)來完成驅(qū)動即可。 傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì) 傳動系統(tǒng)主要是完成降速和力的傳動的，根據(jù)要求可采用在異步電機(jī)輸出軸 接一臺減速器，將轉(zhuǎn)速降到一定的轉(zhuǎn)速，然后又通過一對齒輪齒圈嚙合來把動力 傳遞給由齒圈形成的門體轉(zhuǎn)盤上，使得轉(zhuǎn)盤帶動懸掛門體在圓形軌道上轉(zhuǎn)動。從 而實(shí)現(xiàn)從動力裝置到執(zhí)行裝置動力的傳遞過程。 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)采用工業(yè)控制中十分常用的可編程控制器（PLC）來實(shí)現(xiàn)，同時(shí)由 變頻器完成調(diào)速控制功能，再加上一些功能開關(guān)來完成兩翼自動旋轉(zhuǎn)門的整個(gè)控 制要求。 檢測安全系統(tǒng)設(shè)計(jì) 檢測安全系統(tǒng)是關(guān)系到整個(gè)兩翼旋轉(zhuǎn)門能否健康安全運(yùn)行的關(guān)鍵一步，主要 采用紅外線傳感器來實(shí)現(xiàn)人流的檢測，采用各種接觸式和非接觸式傳感器以及多 個(gè)接近開關(guān)來實(shí)現(xiàn)兩翼旋轉(zhuǎn)門運(yùn)行過程中各個(gè)危險(xiǎn)位置和危險(xiǎn)情況的檢測，最終 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 方案設(shè) 計(jì) 5 實(shí)現(xiàn)兩翼自動門的安全運(yùn)行。 2.2方案選擇 2.2.1 方案比較 從設(shè)計(jì)新穎和功能上比較 方案一的設(shè)計(jì)思路是傳統(tǒng)意義的再次設(shè)計(jì)，沒有太多新穎的結(jié)構(gòu)和創(chuàng)新理念， 同時(shí)門體的結(jié)構(gòu)較其它三翼四翼自動旋轉(zhuǎn)門復(fù)雜，且外形不是太美觀。因此， 沒有多少實(shí)際意義和市場價(jià)值。而方案二是對傳動意義自動旋轉(zhuǎn)門的創(chuàng)新設(shè)計(jì)， 它能獨(dú)特的展臺設(shè)計(jì)使其能增加兩翼自動旋轉(zhuǎn)門的實(shí)用功能。同時(shí)，其獨(dú)特的傳 動方式和高格調(diào)的外觀設(shè)計(jì)使其能在多種自動旋轉(zhuǎn)門中占有一席之地。 從節(jié)能的角度比較 方案一的設(shè)計(jì)由于采用中軸轉(zhuǎn)動，需要兩臺電機(jī)才能很好的進(jìn)行驅(qū)動。而方 案二的設(shè)計(jì)采用門體懸掛在圓形軌道上，只需要一臺同功率的電機(jī)就能很好的完 成驅(qū)動。那么方案一的設(shè)計(jì)就耗能較多，則不宜采用。 從采用的控制系統(tǒng)上比較 方案一采用單片機(jī)控制系統(tǒng)雖然能很好的完成控制任務(wù)，但對設(shè)計(jì)者來說增 加了很多的負(fù)擔(dān)。它不僅要求進(jìn)行控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，還要進(jìn)行較為復(fù)雜的硬 件設(shè)計(jì)，其硬件包括一些芯片連接，隔離放大電路的設(shè)計(jì)。這些在方案二中就很 是簡單，根本不需要太多的設(shè)計(jì)，因?yàn)榉桨付捎玫氖且延械目刂葡到y(tǒng)。同時(shí)， 方案一的控制系統(tǒng)由于對用戶來說體積小，結(jié)構(gòu)簡單，所以較為適于大批量生產(chǎn)。 但是對我們單件或小批量生產(chǎn)來說設(shè)計(jì)方案一的控制系統(tǒng)是不值得的。 2.2.2 確定方案 通過對方案一二的綜合比較，考慮各自方案的利與弊。綜合考慮后，我決定 選擇方案二進(jìn)行設(shè)計(jì)。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 門體結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì) 6 3 門體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1門體的總體設(shè)計(jì) 3.1.1 門體構(gòu)成 兩翼自動旋轉(zhuǎn)門的門體部分設(shè)計(jì)主要包括旋轉(zhuǎn)門體部分設(shè)計(jì)和固定部分曲壁 設(shè)計(jì)，旋轉(zhuǎn)門體又包括中間旋轉(zhuǎn)平滑門和旋轉(zhuǎn)展箱設(shè)計(jì)。其中旋轉(zhuǎn)平滑門又由四 扇普通推拉門組成，在緊急或是停電的情況下打開進(jìn)行人員流通，而旋轉(zhuǎn)展箱又 是轉(zhuǎn)門的一部分，由圓弧門、平滑門和扇門構(gòu)成一個(gè)展示空間，其都由鋁型材框 架和玻璃構(gòu)成。曲壁是旋轉(zhuǎn)門體部分的旋轉(zhuǎn)空間，由進(jìn)出門口和四塊弧形框架玻 璃構(gòu)成。 3.1.2 門體規(guī)格 門體規(guī)格根據(jù)文獻(xiàn) 1兩翼旋轉(zhuǎn)門門體尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)。門體總體規(guī)格尺寸如表 3.1，門體總體外形圖如圖 3.1： 表 3.1 門體尺寸 內(nèi)直徑 門中線全闊 入口寬度 中間門全開闊度 華蓋高度 門扉高度 （D）mm （E）mm （C）mm （F）mm （A）mm （B）mm 3600 3804 1676 1640 500 2200 圖 3.1 門體外形圖 F A B D CE 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 門體結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì) 7 3.2旋轉(zhuǎn)門體部分設(shè)計(jì) 3.2.1 確定旋轉(zhuǎn)門體材料 旋轉(zhuǎn)門體材料主要包括門體骨架的材料和門體玻璃材料，由于旋轉(zhuǎn)門體由四 扇推拉門組成和兩扇旋轉(zhuǎn)展箱構(gòu)成，因此其構(gòu)成相當(dāng)于有一棟四扇的推拉門和兩 扇旋轉(zhuǎn)的圓弧門與兩扇扇門。 旋轉(zhuǎn)門體的框架材料 門體框架材料可選用鋁型材來構(gòu)成骨架和安裝玻璃的框架，根據(jù)相關(guān)門體標(biāo) 準(zhǔn)，旋轉(zhuǎn)平開門可按 90 系列的推拉門進(jìn)行設(shè)計(jì)。門體骨架采用 90 系列推拉門專 用鋁型材，據(jù)文獻(xiàn) 1選擇如下。 平滑門的材料選擇如表 3.2： 表 3.2 平滑門材料 名稱 材料代號 線密度（kg/m） 光企 L090704（圖 3.2） 0.966 勾企 L090705（圖 3.3） 1.033 上橫 L090706（圖 3.4） 0.836 下橫 L090707（圖 3.5） 1.152 （左右）邊框 L090703（圖 3.6） 0.854 上滑 L090701（圖 3.7） 1.375 下滑 L090702（圖 3.8） 1.198 相關(guān)鋁型材的截面形狀如下圖： 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 門體結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì) 8 圖 3.2 光企截面圖 圖 3.3 勾企截面圖 圖 3.4 上橫截面圖 圖 3.5 下橫截面圖 圖 3.6 邊框截面圖 圖 3.7 上滑截面圖 圖 3.8 下滑截面圖 旋轉(zhuǎn)扇門的材料可按中間平滑門的相關(guān)材料來做，則上橫選擇 L090706，下 橫選擇 L090707，左右光企框選擇 L090704。 旋轉(zhuǎn)圓弧門的材料可選擇圓弧專用鋁型材 6063，其相關(guān)截面形狀及尺寸同平 開門的鋁型材相同。 旋轉(zhuǎn)門體玻璃材料 門扉玻璃一般有幾種選擇，一是防彈玻璃，二是夾膠玻璃，三是鋼化玻璃。 由于門一般用于高級的賓館，寫字樓等高檔場所，一般無特殊要求。由于防彈玻 璃價(jià)格較為昂貴，并且無多大實(shí)際用處，而夾膠玻璃它安裝的透光性不是較好， 因此選擇鋼化玻璃是最合適的。根據(jù)參考其他相關(guān)產(chǎn)品的選擇情況，據(jù)文獻(xiàn) 2旋 轉(zhuǎn)門體的平滑門玻璃可選用 6mm 的鋼化透明玻璃。旋轉(zhuǎn)圓弧門可選用專用的 6mm 圓弧鋼化玻璃。 3.2.2 確定旋轉(zhuǎn)門體相關(guān)尺寸 確定中間平滑四扇門的尺寸 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 門體結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì) 9 根據(jù)前面的總體設(shè)計(jì)可知，旋轉(zhuǎn)門的門扉高度為 2200mm，內(nèi)徑為 3600mm， 則中間平滑門尺寸可按文獻(xiàn) 1 90 系列的尺寸高度為 2100mm，四扇門寬度為 3500mm 進(jìn)行設(shè)計(jì)。90 系列推拉鋁合金的門體圖如圖 3.9。 圖 3.9 平滑門體圖 90 系列推拉鋁合金的門體節(jié)點(diǎn)圖如下： 節(jié) 點(diǎn) 圖 3.10 節(jié)點(diǎn) 1 截面圖節(jié) 點(diǎn) 圖 3.11 節(jié)點(diǎn) 2 截面圖 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 門體結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì) 10 節(jié) 點(diǎn)節(jié) 點(diǎn)節(jié) 點(diǎn) 圖 3.12 節(jié)點(diǎn) 3、4、5 截面圖 由于平滑門的整體尺寸寬為 3500，高為 2100，則根據(jù)以上節(jié)點(diǎn)，可以計(jì)算 門的相關(guān)尺寸為。平滑門外部框架采用插接的方式，則門上下滑長度就為整個(gè)平 滑門的寬度 3500mm，左右邊框的長度就為平滑門的高度 2100mm。 單扇門寬度為： 式（3.1） (23)43507.41691BlBm重平 鋁 邊單 扇=（ ） 式中： 為平滑門的寬度， 為門邊框?qū)挾?；l平 邊 為門扇與邊框的重合值， 為鋁合金框的寬度；B重 B鋁 由于門體鋁合金的橫豎的寬度都一樣，則單扇門的框架連接采用直接對接的 方式 ，那么鋁型材的上下橫長度為： 915m上 下 橫 單 扇 光企和勾企的長度為： 式（3.2）2105.832.86lHBllm下 滑光 勾 上 滑 節(jié) 上 重 節(jié) 下 重 式中： 為平滑門的高度， 為鋁合金框上滑的寬度；上 滑 為門框安裝的上寬度， 為門框安裝的下寬度；l節(jié) 上 重 l節(jié) 下 重 而單扇門玻璃的長度為： 式（3.3） 22056.871193lBlm玻 長 光 勾 上 橫 下 橫 玻 安 式中： 為光勾企的型材長， 為鋁合金門框上橫寬度；l光 勾 上 橫 為鋁合金門框下橫寬度， 為玻璃安裝在門框的長度；B下 橫 l玻 安 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 門體結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì) 11 單扇門玻璃的寬度為： 式（3.4） 291564.3182BBlm光玻 寬 上 下 橫 勾 玻 重 式中： 為光企型材的寬度， 為勾企型材的寬度；光 勾 為玻璃與光勾企的安裝長度；l玻 重 確定旋轉(zhuǎn)展臺材料尺寸 旋轉(zhuǎn)圓弧門的弧長要能堵塞進(jìn)出門口，以免旋轉(zhuǎn)門轉(zhuǎn)到某個(gè)位置把門內(nèi)和門 外連通而失去兩翼旋轉(zhuǎn)門的意義。那么弧形門可按下面計(jì)算： 門進(jìn)出口的圓心夾角，根據(jù)余弦公式有： 式（3.5） 2222cos167801805BRR進(jìn) 出 寬 門 內(nèi) 門 內(nèi) 門 內(nèi)則 式中： 為轉(zhuǎn)門進(jìn)出口的門口寬度， 為轉(zhuǎn)門的內(nèi)半徑；進(jìn) 出 寬 門 內(nèi) 由于平滑門和圓弧門直接連接，則圓弧門的半徑為： 式（3.6） 23508.17RlBm圓 平 鋁 則圓弧門型材弧長為： 式（3.7） 2563.147807lRm圓圓 弧 式中： 為圓弧門半徑；R圓 那么圓弧門的最小弧長要為那么多，可以取其圓弧長為 1750mm。 圓弧門左右型材長度，圓弧門框架采用直接對接的方式，那么左右型材可依 下面計(jì)算。 式（3.8）2105.876293lHBm弧 左 右 上 橫 下 橫 圓弧玻璃的弧長為： 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 門體結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì) 12 式（3.9） 21750641Bllm圓 弧弧 玻 寬 左 右 橫 玻 重 式中： 為左右橫型材的長度；B左 右 橫 圓弧玻璃的長度為： 式（3.10） 21973llm弧 左 右玻 長 玻 重 確定旋轉(zhuǎn)扇門材料尺寸 由于旋轉(zhuǎn)扇門要與旋轉(zhuǎn)圓弧門和平開門構(gòu)成一個(gè)三角形柱的空間展臺，展臺 的空間大小由平開門與扇門的夾角決定,扇門可大可小，但要保證構(gòu)成空間的穩(wěn) 定性。 扇門尺寸確定：由于扇門要保證與弧形門和平開門形成展臺的穩(wěn)定性,則可 以選取平開門與扇門與圓弧門的連接點(diǎn)在距圓弧門兩端面的 1/5 處。 則連接點(diǎn)在距圓弧型材兩邊距離為： 式（3.11）17503l m圓 弧接 以下計(jì)算參照圖 3.13，則連接處圓弧對應(yīng)圓心角為： 式（3.12） 2617503034.4Rl， 平 接 平 式中： 為平滑門的半徑， 為接點(diǎn)處離端面的圓弧長；R平 l接 則對應(yīng)的兩直角邊長度為 ： 式（3.13）cos1750cos3415aRm平 式（3.14）inin97b平 扇門對應(yīng)門的寬度為： 式（3.15） 291576Bbm扇 單 扇（ ）（ 4） 由于門框架采用直接對接的方式連接，則扇門對應(yīng)框架型材寬度為就門的寬 度 1116mm，扇門的型材長度就為門的高度 2100mm。 扇門玻璃的寬度為： 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 門體結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì) 13 式（3.16） 216410Blm光玻 寬 扇 玻 重 扇門玻璃的長度為： 式（3.17） 22105.87619lHBl扇 玻 長 上 橫 下 橫 玻 安 圖 3.13 門體連接圖 3.3曲壁設(shè)計(jì) 3.3.1 曲壁的總體設(shè)計(jì) 曲壁由六根工字鋼來做為立柱，形成門體的支撐體，每三根構(gòu)成一邊曲壁圓 弧。而六根工字鋼豎在水泥地板里，進(jìn)出口各布置 2 根，曲壁圓弧中間安裝框架 玻璃，然后頂部又用一圓形軌道將六根立柱固定在一起，形成一個(gè)曲壁的整體框 架。曲壁由四塊相同的圓弧玻璃組成，其總體設(shè)計(jì)圖如圖 3.14。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 門體結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì) 14 弧 形 玻 璃立 柱 圖 3.14 曲壁總體設(shè)計(jì)圖 3.3.2 確定曲壁材料 曲壁立柱可選用 GB/T70-1988 的熱軋工字鋼型號 10 作成為立柱，其相關(guān)尺 寸如下圖： 圖 3.15 工字鋼 工字鋼參數(shù)如表 3.3： 表 3.3 工字鋼參數(shù) 尺寸（mm）型號 h b d t 10 100 68 4.5 7.6 安裝曲壁玻璃框的型材選用：曲壁上下圓弧型材選用文獻(xiàn) 23-91GB/T3280- 1992 的 2mm 的不銹鋼板彎曲成型，曲壁玻璃的選用 12mm 弧形鋼化玻璃。 3.3.3確定材料尺寸 由于圓的內(nèi)圓半徑為 1800mm,門口對應(yīng)的圓心角為 ，則兩邊曲壁各對應(yīng)的56 圓心角應(yīng)為: 式（3.18）3602360214曲 所以兩邊曲壁對應(yīng)的弧長為： 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 門體結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì) 15 式（3.19） 21243.80694lRm曲曲 門 內(nèi) 式中： 為旋轉(zhuǎn)門的內(nèi)半徑；R門 內(nèi) 則每扇曲壁上橫的弧長為: 式（3.20）438945=1372lbm間曲上 橫 式中： 為曲壁與立柱的安裝預(yù)留間歇；b間 下橫的弧長為： =1937l下 橫 上 橫 玻璃尺寸的確定： 玻璃的弧長： 式（3.21）-2b1937-2=6l m波 上 橫 玻 安 玻璃的高度為： 式（3.22）hB下 上 玻 安 那么： 20176.0h 式中： 為上橫曲壁型框的長度， 為下橫曲壁型框的長度；b上 b下 (注以上的型材的直徑為 3600mm,玻璃的直徑為 3604mm) 3.4旋轉(zhuǎn)門體加強(qiáng)連接設(shè)計(jì) 3.4.1加強(qiáng)型鋼的總體設(shè)計(jì) 由于旋轉(zhuǎn)門體啟動較為頻繁，可能鋁合金形成的框架在門體的頻繁旋轉(zhuǎn)過程 中就顯得強(qiáng)度不夠，同時(shí)由于門體由兩部分組成，一部分是平開門，一部分是形 成展臺的旋轉(zhuǎn)部分。這兩部分是靠扁鋼將其固定成一個(gè)整體，這樣使得中間平滑 門與圓弧門和旋轉(zhuǎn)扇門的連接既方便可靠。又加強(qiáng)了門體的整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。因此 特在中間平滑門、圓弧門和旋轉(zhuǎn)扇門的上部框架型材中加加強(qiáng)型鋼。分別在圓弧 門加強(qiáng)型鋼兩端的弧長處和扁鋼的弧長中間分別打三個(gè)的螺栓孔，以連接門體吊 架。還有就是在各門體連接的交界處鉆螺栓孔，好使用螺栓固定各門體成為一個(gè) 整體的旋轉(zhuǎn)門體，即在轉(zhuǎn)動扇門與平開門連接處，轉(zhuǎn)動扇門與圓弧門連接處，轉(zhuǎn) 動圓弧門與平開門連接處打螺栓孔。將門體加強(qiáng)型鋼和門體鋁合金用 2mm 厚的不 銹鋼包飾，用鉚釘將型鋼與鋁合金連接成一個(gè)整體，鋼板既起到了連接的作用， 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 門體結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì) 16 同時(shí)又起到了裝飾的效果，一舉兩得。 3.4.2加強(qiáng)型鋼材料選擇及尺寸計(jì)算 轉(zhuǎn)動圓弧門加強(qiáng)型鋼選用： 根據(jù)鋁合金型材寬度為 28.2mm，可選用文獻(xiàn) 2熱扎扁鋼（GB/T704-1988） ， 寬度為 28mm，厚度為 8mm 的系列扁鋼，其弧長為轉(zhuǎn)動圓弧門的弧長。因此扁鋼彎 曲為半徑為 1778mm 的弧形。線密度為 1.76kg/m。其弧長為：L= =1750mml圓 弧 平開門加強(qiáng)型鋼選用： 根據(jù)平開門的上滑鋁合金寬度為 90mm，因此可選用熱扁鋼（GB/T704-1988） 寬度為 90mm，選厚度為 8mm 的系列，線密度為 5.65Kg/m。扁鋼長度為平開門整 體的長度加上兩邊接頭長度。 扁鋼長度： 式（3.23）2=350+ 8356mLl平 接 式中： 為型鋼與兩扇圓弧門的連接長度；l接 轉(zhuǎn)動扇門加強(qiáng)型鋼選用： 根據(jù)扇門門框鋁合金寬度為 28.2mm。選用熱扎扁鋼（GB/T704-1988）寬度為 28mm，厚度為 6mm 的系列扁鋼，線密度為（1.32kg/m）.其長度為轉(zhuǎn)動扇門鋁合 金寬度加上兩邊接頭長度，則扁鋼長度： 式（3.24）12=6+89034mLBl扇 接 接 式中： 為型鋼與圓弧門的連接長度， 為型鋼與平滑門的連接長度；l接 1 l接 2 圓弧門的加強(qiáng)型鋼連接門體吊架的螺栓孔位于型鋼圓弧端的 20mm 處，中間 連接吊架的螺栓孔為型鋼弧中間，門體加強(qiáng)型鋼連接用 M8 的螺栓，其孔位于門 體連接的交接處。 其連接結(jié)構(gòu)尺寸圖如圖 3.16： 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 門體結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì) 17 圖 3.16 門體加強(qiáng)連接尺寸圖 3.5華蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.5.1 華蓋的總體設(shè)計(jì) 華蓋是用來安裝驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的空間部分,其外形由鋼板和包裝金屬 材料構(gòu)成一個(gè)圓柱形體。其主要用來安裝轉(zhuǎn)盤齒圈，圓周導(dǎo)軌，電機(jī)，控制裝置 等。華蓋內(nèi)采用多層布局，最下面是導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上面安裝門體轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤和齒輪 減速器連接，齒輪減速器和電機(jī)用法蘭盤連接安裝在轉(zhuǎn)盤上方，其固定在與立柱 連接在一起的支撐架子上，控制裝置也固定在這個(gè)架子上。這樣設(shè)計(jì)布局較為合 理，且節(jié)約空間，使得華蓋的整體布局緊湊起來。同時(shí)，由于固定電機(jī)的架子與 門體立柱連接使得固定可靠，能有效的減小了驅(qū)動裝置對門體的振動。華蓋吊頂 不銹鋼板形成頂部，用鋼板構(gòu)成環(huán)形把吊頂鋼板和滑蓋頂部鋼板連接起來，環(huán)形 鋼板位于齒圈內(nèi)徑以內(nèi)，用鉚釘將吊頂鋼板和滑蓋頂部鋼板連接起來。 華蓋的布局圖如圖 3.1 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 門體結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì) 18 鋼 板放 電 機(jī) 齒輪方 鋼 3方 鋼 2方 鋼 1放 控 制 裝置 圖 3.17 滑蓋布局圖 3.5.2 華蓋材料選擇 如上圖方鋼 1 是主要支撐件，它的選擇關(guān)系到整個(gè)電機(jī)的固定及其連接強(qiáng)度， 可選文獻(xiàn) 23-101 頁 GB/T705-1989 的熱軋方鋼 ，方鋼 2 可選 GB/T705-198920 的熱軋方鋼 ，方鋼 3 和方鋼 1 方鋼 2 選擇一樣的鋼板是用來固定減速機(jī)的，20 可選用熱軋鋼板 GB/T70-1988 的 5mm 厚鋼板。減速機(jī)的法蘭盤同鋼板用螺栓連接 起來。同時(shí)鋼板上還要放控制裝置有可編控制器和變頻器。方鋼和立柱采用焊接 方式連接，而鋼板和方鋼間也用焊接的方式連接。華蓋頂部用的蓋鋼板選用文獻(xiàn) 2的 GB/T4237-1992 的 2mm 不銹鋼板，而吊頂用 2mm 的不銹鋼板實(shí)現(xiàn)。 3.5.3 華蓋材料尺寸確定 方剛 1 的長度為： 式（3.25）12sin642180sin623179lRm 內(nèi) 方鋼 2 的長度為： 式（3.26）2i3i854l 內(nèi) 由于方鋼 3 連接在方鋼 1 和 2 的中間，那么方鋼 3 的長度為： 式（3.27）37950l 鋼板的長度大于方鋼 3 的長度即可，可取鋼板一邊長出方鋼 3 的 為 20mm,l間 那么鋼板長度為： 式（3.28）432159021630ll m間 鋼板的寬度大于方鋼 1 方鋼 3 間的距離即可，取一邊大于距離為 20mm,那么 鋼板的寬度為： 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 門體結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì) 19 式（3.29） 221()40859527bllm 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 驅(qū)動系統(tǒng)設(shè) 計(jì) 19 4 驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4.1驅(qū)動系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 整個(gè)門體的驅(qū)動由電機(jī)提供動力，電機(jī)通過一個(gè)一級齒輪減速器把速度降低 后，再通過齒輪和齒圈嚙合把動力傳給齒圈,齒圈上固定有轉(zhuǎn)盤支架,轉(zhuǎn)盤支架又 和吊掛輪連接,而吊掛輪上懸掛著整個(gè)門體。齒圈使得吊掛輪在曲壁圓形導(dǎo)軌上 轉(zhuǎn)動,從而帶動整個(gè)懸掛門體旋轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)從動力裝置到執(zhí)行裝置的動力驅(qū)動過程。 4.2減速機(jī)的選擇 電機(jī)選擇根據(jù)啟動時(shí)克服門體的慣性力矩和阻力矩來進(jìn)行選擇。設(shè)計(jì)時(shí)要假 設(shè)門體能在要求時(shí)間內(nèi)加速到門體的快速轉(zhuǎn)速，這樣才能很好的滿足驅(qū)動要求。 由于旋轉(zhuǎn)門體的最大轉(zhuǎn)速為 6r/min,即其角速度為：26/05wrads 式（4.1） 由于傳感器一般在 2m 范圍內(nèi)檢測人的來臨,當(dāng)人邁進(jìn)門口邊時(shí),門體要以正 常速度轉(zhuǎn)動，則在這個(gè)時(shí)間內(nèi)門體要加速到正常速度。按照人的正常速度人能在 1s 內(nèi)走到門口，但由于某些其它的原因，同時(shí)為了能充分滿足動力需要，可以將 加速時(shí)間設(shè)為 0.5s。則角加速度為： 式（4.2）2/0.5/radst 由于電機(jī)要帶動門體轉(zhuǎn)動,有一個(gè)加速過程，在這個(gè)加速過程中需要克服旋 轉(zhuǎn)門體的慣性力矩和門體的摩擦力矩才能使其轉(zhuǎn)動，根據(jù)力矩轉(zhuǎn)動慣量和角速度 的關(guān)系： ，則可能算出旋轉(zhuǎn)門體的啟動慣性力矩。MJ 4.2.1 旋轉(zhuǎn)門體的慣性力矩計(jì)算 中間平滑門的轉(zhuǎn)動慣量 以下 是各加強(qiáng)型材的線密度。 中間平滑門的加強(qiáng)型鋼轉(zhuǎn)動慣量為： 式（4.3） 231 25.61.JrdmLkgm 平滑門的上邊框轉(zhuǎn)動慣量為： 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 驅(qū)動系統(tǒng)設(shè) 計(jì) 20 式（4.4） 2321.75.49.JrdmLkg 平滑門的下邊框轉(zhuǎn)動慣量為： 式（4.5） 233 21.98.54.JrdmLkg 平滑門的左右邊框轉(zhuǎn)動慣量： 式（4.6） 2433 210.8542.1(.75.6).7Jrdkgm 玻璃的總質(zhì)量為： 式（4.7）14.96.mv玻 式中： 為玻璃密度； 框架型材的總質(zhì)量為： 24 24kg（ 0.95.836+0.951.2.06.+2.051.3） 式（4.8） 把中間四扇推拉門當(dāng)成一均勻質(zhì)量體來近似估算其轉(zhuǎn)動慣量，則中間四扇門 的線密度為： 式（4.9）1296.43/5mkgml平 那么中間四扇門的轉(zhuǎn)動慣量為： 式（4.10） 235 214.5JrdLkgm 轉(zhuǎn)動扇門的轉(zhuǎn)動慣量 轉(zhuǎn)動扇門的加強(qiáng)型鋼的轉(zhuǎn)動慣量為： 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 驅(qū)動系統(tǒng)設(shè) 計(jì) 21 式（4.11） 236 21.09.5JrdmLkg 轉(zhuǎn)動扇門玻璃的質(zhì)量為： 式（4.12）31.2.7.603. 轉(zhuǎn)動扇門框架的質(zhì)量為： 式（4.13）41.60.8.6.5.92.16.m kg 同樣把轉(zhuǎn)動扇門當(dāng)成一均勻質(zhì)量體來近似估算其轉(zhuǎn)動慣量，則門體在 R 向的 線密度： 式（4.14）3406.3.8/1.59mkmb 那么門的轉(zhuǎn)動慣量為： 式（4.15） 27332(1.450.9)6.84.Jrdkg 旋轉(zhuǎn)圓弧門的轉(zhuǎn)動慣量 旋轉(zhuǎn)圓弧門的框架質(zhì)量為： 式（4.16）51.708361.752.109627.5mkg 旋轉(zhuǎn)圓弧門的玻璃質(zhì)量為： 式（4.17）6.4.9. 旋轉(zhuǎn)圓弧門的加強(qiáng)型鋼轉(zhuǎn)動慣量為： 式（4.18） 821.7565630.Jkgm22（ r+）（ .71.8） 旋轉(zhuǎn)圓弧門的轉(zhuǎn)動慣量為： 式（4.19） 827.5056303.Jkgm122（ r+）（ .78） 那么整個(gè)門體的轉(zhuǎn)動慣量為： 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 驅(qū)動系統(tǒng)設(shè) 計(jì) 22 式（4.20） 12345678922.9.0.1.0.5468.321.5305JJJJkgm總 那么可以計(jì)算出旋轉(zhuǎn)門體慣性阻力矩 式（4.21）230583.MJNM總慣 4.2.2 旋轉(zhuǎn)門體的摩擦力矩計(jì)算 由于門體通過吊架上的滾輪與曲壁上的軌道旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)門體運(yùn)動的，因此， 還應(yīng)存在一個(gè)摩擦力矩來阻礙門體的運(yùn)動，則摩擦系數(shù)應(yīng)是滾動摩擦系數(shù)。由相 關(guān)的資料可知滾輪與圓形軌道的摩擦系數(shù)為 f=0.005。 旋轉(zhuǎn)門體的總的質(zhì)量為： 式（4.22）5.631.753.198.5042.196.24m總 （ 209+6） 2（ 7+7） =35kg 由于滾輪與軌道的結(jié)合面由兩個(gè)，那么，門體的摩擦阻力為： 式（4.23）sin4520.3102FfNGN阻 摩擦阻力矩為： 式（4.24）25.784.MRm阻 阻 式中：R 為圓弧門的半徑 4.2.3 選擇減速機(jī) 門體轉(zhuǎn)動需要的總力矩即為： 式（4.25）45382.N阻總 慣 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)中電機(jī)所需功率按下式計(jì)算: 式（4.26）()10aaMWPK 其中式中 是整個(gè)傳動中的傳動效率,由于從電機(jī)到門體經(jīng)過了兩對齒輪傳a 動,且齒輪傳動效率 0.97，由于有齒輪減速機(jī)則經(jīng)歷兩對軸承，其傳動效率為 0.98。由此可以計(jì)算出所需電機(jī)的功率： 式（4.27）2 4850.310.97.aPKW 由于門體還應(yīng)能承受一定的風(fēng)阻，以及旋轉(zhuǎn)門體周圍毛條與曲壁門體間的摩 擦阻力和門體轉(zhuǎn)盤吊架的質(zhì)量都沒計(jì)算在內(nèi)。盡管其產(chǎn)生的阻力較小，但由于門 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 驅(qū)動系統(tǒng)設(shè) 計(jì) 23 體直徑過大,則會產(chǎn)生較大的阻力矩。同時(shí)可能還有一些其它沒有考慮的因素， 因此特將計(jì)算出的功率放大一些。根據(jù)相關(guān)的計(jì)算結(jié)果可以選以下幾種減速機(jī)。 可選用文獻(xiàn) 4中的 G 系列全封閉出齒輪減速機(jī)配備電機(jī)功率為 0.55KW，此減速機(jī) 是專為機(jī)電一體化產(chǎn)品而設(shè)計(jì)，是全封閉的硬齒面斜齒輪傳動，有低噪音、高效 率的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)整體結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、適應(yīng)性強(qiáng)。選擇時(shí)減速機(jī)傳動比不宜過 大，因?yàn)閹娱T體的轉(zhuǎn)盤齒圈不能太小而使得產(chǎn)生的力矩過小，同時(shí)要符合立式 安裝要求。因此，根據(jù)這些可列出以下幾個(gè)型號方案： 表 4.1 減速機(jī)方案表 減速機(jī)型 號 功率 （KW） 機(jī)型號 減速比 輸出轉(zhuǎn)矩 （N.M） 輸出轉(zhuǎn)速 （r/min） 適配電機(jī) GLF28- 550-3 0.55 28 3 14 466.7 Y801-4 GHF28- 550-3 0.55 28 3 14 466.7 Y801-4 GLF28- 550-5 0.55 28 5 23.4 280.0 Y801-4 GHF28- 550-5 0.55 28 5 23.4 280.0 Y801-4 由于兩翼轉(zhuǎn)門的兩個(gè)扇翼相距較遠(yuǎn)，使得安裝在吊架上的齒圈應(yīng)有較大的直 徑，才利于傳遞力矩，即要求從減速器輸出軸到齒圈的傳動比應(yīng)取較大一些才好， 因此減速器輸出軸到齒圈的轉(zhuǎn)速應(yīng)適中才好。由于 GLF28-550-5 的減速比適當(dāng)， 輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速也相對其型號較為符合要求，同時(shí)它又是立式鑄鋁盒箱體，質(zhì)量 較輕。所以 GLF28-550-5 型是最符合要求的。 所配電機(jī)相關(guān)參數(shù)如表 4.2： 表 4.2 電機(jī)參數(shù)表 滿載時(shí)型號 額定功 率 （KW） 轉(zhuǎn)速 （r/min） 電流 （A） 效率 （%） 功率 因素 堵轉(zhuǎn) 電 流 （A） 額定轉(zhuǎn)矩 （N.M） 轉(zhuǎn)動慣 量 凈重 （kg） Y801-4 0.55 1440 1.6 70.5 0.76 6.5 2.2 0.0018 17 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 傳動系統(tǒng)設(shè) 計(jì) 24 5 傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì) 電機(jī)通過一個(gè)一級齒輪減速器把速度降低后，依靠齒圈與支架構(gòu)成的轉(zhuǎn)盤來 實(shí)現(xiàn)動力的傳遞。其中齒圈和轉(zhuǎn)盤支架用螺栓固定在一起,轉(zhuǎn)盤支架又和吊掛輪 連接,整個(gè)門體靠吊架連接在滾輪上。轉(zhuǎn)盤使得吊掛輪(6 個(gè)吊掛輪,一邊 3 個(gè))在 曲壁圓形導(dǎo)軌上轉(zhuǎn)動,從而帶動整個(gè)懸掛門體旋轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)從動力裝置到執(zhí)行裝置的 動力傳遞過程。 5.1傳動齒輪齒圈設(shè)計(jì) 5.1.1齒輪齒圈設(shè)計(jì)前述 減速機(jī)是通過輸出軸齒輪帶動門體轉(zhuǎn)盤的大齒圈使得門體轉(zhuǎn)動的，通過這一 對齒輪齒圈的嚙合將電機(jī)的動力傳給門體,齒圈安裝在滾輪連接的支架架上。門 體最高轉(zhuǎn)速為 6r/min，而減速機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速為 280r/min，那么這對齒輪齒圈傳 動比為： 式（5.1）28046.7ni減門 設(shè)計(jì)兩翼旋轉(zhuǎn)門的使用壽命為十年，那么齒輪齒圈可按使用壽命為十二年來 設(shè)計(jì)，設(shè)門每天能工作的時(shí)間為十小時(shí)，根據(jù)前面設(shè)計(jì)可知輸入功率為 0.55KW， 齒輪的轉(zhuǎn)速為 280r/min。 5.1.2齒輪齒圈參數(shù)設(shè)計(jì) 選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) 按傳動方案，選用直齒圓柱齒輪傳動。兩翼旋轉(zhuǎn)門是一般日常機(jī)器，速度不 高，故可選用 8 級精度（GB10095-88） 。查文獻(xiàn) 3中 189 頁表 10-1。小齒輪材料 為 45 鋼，硬度為 20HBS,大齒圈的材料選用文獻(xiàn) 23-254 頁的 MC 尼龍硬度為 30HBS。先設(shè)取小齒輪齒數(shù) =20，大齒輪齒數(shù) 。1z2046.793z 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由設(shè)計(jì)公式進(jìn)行計(jì)算，即： 式（5.2） 2312.t EtdHKTZu 1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算參數(shù) a. 試選用載荷系數(shù) =1.3。t b. 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 傳動系統(tǒng)設(shè) 計(jì) 25 式（5.3）55411 0.9.09.1.870.2PT Nmn c. 由文獻(xiàn) 3中 201 頁表 10-7 選取齒寬系數(shù) =0.6。d d. 由文獻(xiàn) 3中 198 頁表 10-6 查得材料的彈性系數(shù) 。 1256.4EZMPa e. 由文獻(xiàn) 3中 207 頁圖 10-21d 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 ，大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 。lim150HMPa lim20H f. 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 式（5.4） 9160281(03651).47hNnjL 式（5.5） 982.47.26 g. 由文獻(xiàn) 3中 203 頁圖 10-19 查得接觸疲勞壽命系數(shù)： ， 。10.85HNK21.0HN h. 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為 1，安全系數(shù) S=1，得： 式（5.6）lim1.45HNMPaS 式（5.7）2li0210K 2）計(jì)算 a. 試計(jì)算小齒輪的分度圓 ，代入 中較小的值1tdH 式（5.8） 23 24312.870.756.4. 1041t EtdTZum 可以取整值為 為 45mmtd b. 計(jì)算圓周速度 v 式（5.9）145280.7/60tnms c. 計(jì)算齒寬 式（5.10）.6dtb d. 計(jì)算齒寬和齒高之比 b/h 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 傳動系統(tǒng)設(shè) 計(jì) 26 模數(shù)： 式（5.11）1/45/271.6ttmdzm 齒高： 式（5.12）2.3h 式（5.13）/38b e. 計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù) v=0.7m/s，8 級精度，由文獻(xiàn) 3中 192 頁圖 10-8 查得動載系數(shù) Kv=1.10； 直齒輪，假設(shè) 。由文獻(xiàn) 3圖 103 查得 。/10/AtKFbNm 1.2HaFK 由文獻(xiàn) 3190 頁表 10-2 查得兩段的齒輪的使用系數(shù) ；A 由文獻(xiàn) 3194 頁表 10-4 查的 8 級精度、小齒輪相對支承懸掛布置時(shí)， 式（5.14）23.56.70.1Hdb（ ） 將數(shù)據(jù)代入后得： 式（5.15）231.00.27.K（ +） 由 b/h=7.18, =1.27，查文獻(xiàn) 3195 頁圖 10-13 得 =1.3，則H FK 故載荷系數(shù) 式（5.16）1.1.68AVHK f. 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式可得： 式（5.17）331.68450tdm g. 計(jì)算模數(shù) 式（5.18）02.5mz1 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)計(jì)算公式： 式（5.19）32FaSdYKTz 1）確定計(jì)算公式內(nèi)的各計(jì)算參數(shù) a. 由文獻(xiàn) 3204 頁圖 10-20c 查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 ；大130FEMPa 齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 ；2160FEMPa b. 由文獻(xiàn) 3202 頁圖 10-18 查得彎曲疲勞壽命系數(shù) ， ；1.8NK2.5FN c. 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4，由下式得 式（5.20）10.174FNEPaS 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 傳動系統(tǒng)設(shè) 計(jì) 27 式（5.21）2.5160284FNEKMPaS d. 計(jì)算載荷系數(shù) K 式（5.22）.3716AVHF e. 查取齒形系數(shù),由文獻(xiàn) 3197 頁表 10-5 查得 ， ；12.8aY2.06a f. 查取應(yīng)力校正系數(shù) 由文獻(xiàn) 3197 頁表 10-5 可查得 ， ；1.5Sa21.97Sa g. 計(jì)算大、小齒輪的 并加以比較FY 式（5.23）12.8150.247FaS 對 式（5.24）2.69.18FaSY 由上式可得小齒輪的數(shù)值較大。 2）設(shè)計(jì)計(jì)算 式（5.25） 132432.76.50.5.1FaSdYKTmz 此計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù) m 大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的 模數(shù)，由于齒輪的模數(shù) m 的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面 接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)。那么，可按彎曲強(qiáng)度計(jì)算 得的模數(shù) 2.112 并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 m=2.5；按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑 作為設(shè)計(jì)。算出小齒輪齒數(shù)： 式145d1502.dz （5.27） 大齒輪齒數(shù)： 式（5.28）2146.72934zi 就取 93 這樣的齒輪傳動，既滿足齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，而 且做到了結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 傳動系統(tǒng)設(shè) 計(jì) 28 幾何尺寸計(jì)算 1）計(jì)算分度圓直徑 式（5.29）20.5dzm1 式（5.30）93470m2 2）計(jì)算中心距 式（5.31）521a12 3）計(jì)算齒輪寬度 式（5.32）10.63dbm 由于兩個(gè)齒輪為不同類型材料，所以可取 。210,35Bm 4）驗(yàn)算 式（5.33） 412.871950tTFNd 式（5.34）9.2/0/AtKmb 故合適。 5.2承重滾輪及其軌道設(shè)計(jì) 滾輪和軌道是承擔(dān)門體重量的零件，整個(gè)門體的轉(zhuǎn)動是靠滾輪在圓形軌道上 旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)的，同時(shí)，又使的整個(gè)門體懸掛起在圓形軌道上。由六個(gè)滾輪組成來 承擔(dān)整個(gè)門體重量，六個(gè)滾輪又形成轉(zhuǎn)盤的一部分。軌道是由六截弧形軌道構(gòu)成 一個(gè)圓形軌道用螺栓固定在門體曲壁立柱上。 5.2.1選擇滾輪 選擇滾輪主要是根據(jù)其承載能力來選擇滾輪的類型。 承載能力的計(jì)算 整個(gè)門體的重力為： G= g=35110=35